摘要
叶黄素是植物中常见的一种天然类胡萝卜素，其抗氧化能力强，在医药保健和食品加工领域应用广阔。然而，随着市场叶黄素的需求的不断增加，传统低效高耗的利用万寿菊提取叶黄素的方式很难满足这些需求。因此，寻找一种可以代替万寿菊生产叶黄素的植物，开发一种培养成本更低且更加高效省时省力的培养方案，对叶黄素的生产具有重要意义。本课题以小球藻为研究对象，探究了小球藻高产叶黄素的条件，探寻到一个降低小球藻培养成本的方法，并开发出一款小球藻发酵乳液的饮品。主要研究内容如下： （1）小球藻高产叶黄素的条件优化。研究了不同培养模式、氮源、碳氮比和氮磷比对小球藻生长和总叶绿素、类胡萝卜素、叶黄素、蛋白质积累的影响。结果表明，相比异养培养，混养培养的小球藻有更高的生长得率，并且能在光的促进下合成更多营养物质；相比于乙酸铵和尿素，硝酸钠更利于小球藻的物质合成；调整培养基碳氮比至12:1、氮磷比至10:1可以显著提高小球藻碳氮代谢效率，大幅度提高小球藻对还原糖、总有机碳和总氮的利用率，使生物质生产力和含叶黄素在内的各类营养物质的产量获得提升。最终优化结果为培养模式：混养培养；氮源：硝酸钠；碳氮比：12:1；氮磷比：10:1。此条件下小球藻最终生物量、生物质生产力、生长得率、总叶绿素产量、类胡萝卜素产量、叶黄素产量、叶黄素含量和蛋白质产量分别为6.16g/L、1.01g/L/d、1.60gbiomass/gTOC、137.40mg/L、30.99mg/L、13.56mg/L、2.20mg/g和2.28g/L。 （2）甜高粱浸出汁酶解液替代葡萄糖培养小球藻。采用酶法水解的方法处理了甜高粱汁浸出液，得到了最优水解条件为：添加0.1%的蔗糖酶水解45min。样品水解后，还原糖浓度从58.37g/L上升到91.27g/L；果糖浓度从17.72g/L上升到35.61g/L。以甜高粱浸出汁酶解液作为葡萄糖的替代碳源培养小球藻，发现缺乏氮源和矿物质的甜高粱培养基中的小球藻无法快速生长积累生物量，而补充了氮源和矿物质的甜高粱培养基培养的小球藻表现出比BG-11培养基最优条件培养的小球藻更强的优势，其总叶绿素产量、类胡萝卜素产量、叶黄素产量和蛋白质产量分别提高了18.02%、13.34%、35.95%和20.36%。此条件下小球藻最终生物量、生物质生产力、生长得率、总叶绿素产量、类胡萝卜素产量、叶黄素产量、叶黄素含量和蛋白质产量分别为5.48g/L、0.90g/L/d、1.99gbiomass/gTOC、164.27mg/L、38.91mg/L、20.42mg/L、3.73mg/g和2.66g/L。转录组学分析显示，相比蓝绿水藻培养基，使用甜高粱浸出汁酶解液培养的小球藻在光合作用-天线蛋白通路、三羧酸循环通路和半胱氨酸和蛋氨酸代谢通路通路中的基因均有一定上调。光合作用-天线蛋白通路中基因的上调表明小球藻合成了更多天线蛋白来收集和传递光能，这增加了小球藻的光能捕获效率，促进小球藻的光合作用。三羧酸循环通路中基因的上调表明小球藻细胞可以获得更多的能量用于生命活动，并且通路中的代谢产物如草酰乙酸、柠檬酸、丙酮酸和α-酮戊二酸等可以通过一系列的酶催化反应，转化成光合色素及蛋白质合成过程中所需的原料。半胱氨酸和蛋氨酸代谢通路中基因的上调表明蛋氨酸和半胱氨酸的合成获得加强，与其紧密相关的硫代谢也获得增强，从而也促进了色素的合成。对培养基的成本的评估显示，使用甜高粱浸出汁酶解液培养小球藻每千克生物量的总成本为3.189元，仅是BG-11+glu组的总成本（9.249元）的34.48%。结果表明以甜高粱为外源碳源代替葡萄糖培养小球藻的方法经济效益显着，该策略可以有效降低小球藻的培养基成本。 （3）小球藻乳液的制作。探寻了制作小球藻发酵乳液的工艺条件，得到了制备乳液的最佳参数：使用啤酒酵母接入小球藻培养液中培养发酵12h既可消耗完培养基中的果糖，又能获得良好的去腥效果，给发酵液带来清新气息；使用高压均质的方法在40MPa下破壁小球藻8min可以获得98%以上的细胞破碎率；均质制作乳液时，添加0.10%单双甘油脂肪酸酯和0.15%蔗糖脂肪酸酯可以获得最好的乳化效果，乳析指数为零，稳定系数超过98%；调配时，搭配使用0.015%的罗汉果糖苷和0.05%的柠檬酸，并调整乳液水相中发酵液的添加量为10%，可以获得最好的感官评价效果。最终获得了呈乳白色，质地色泽均匀，有淡清新味，口感细腻柔和，酸甜味协调的小球藻发酵乳液。
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